一种可变压缩比发动的制造方法
【专利摘要】一种可变压缩比发动机属车用内燃机【技术领域】，本实用新型对现有发动机的重要传力部件未作大量改动，且保留发动机上部相对复杂的结构，通过将曲轴支承于曲轴支承横梁，使用电动机驱动的蜗轮蜗杆机构，控制齿轮齿条机构，实现曲轴支承横梁的摆动，可改变曲轴的上下位置，达到压缩比可调节的目的；本实用新型结构简单，能保留发动机原有的复杂结构，无需很大改动，即可实现压缩比可变的目的，有利于提高其动力性、经济性。
【专利说明】—种可变压缩比发动机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于车用内燃机【技术领域】，具体来说是改变活塞往复式发动机的几何压缩比的技术，尤其是和增压技术，发动机小型化趋势相配合的发动机技术。
【背景技术】
[0002]压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值，其表示活塞由下止点运动到上止点时气缸内气体被压缩的程度，是衡量发动机性能的重要参数，是影响发动机效率最重要的因素之一。理论上，压缩比提闻将带来热效率的提闻。
[0003]而对于传统的往复式活塞内燃机而言，固定的压缩比不能充分发挥发动机的性能，事实上在小负荷、低速运转时，发动机的热效率低，相应地综合性能比较差，这时可以用较大的压缩比，而在大负荷、高转速运转时，若压缩比过高，则很容易发生爆震并产生很大的热负荷和机械负荷，这时可以用较小的压缩比。随着负荷的变化连续调节压缩比，可以最大限度地挖掘发动机的潜力，使其在整个工况区域内有效提高热效率，进而提高发动机的综合性能。
[0004]可变压缩比技术和发动机小型化的技术相配合，将可以达到汽车轻量化的目的，降低污染和能源消耗，对于低碳节能具有重要的意义。
[0005]世界各大汽车研发机构很重视可变压缩比的研究，其中萨博公司的SVC (SaabVariable Compression)发动机，已证实可变压缩比技术的应用对于发动机的动力性、经济性具有显著的提高。法国的MCE-5 (Mult1-Cycle Engine-5 Parameters)发动机可以使压缩比7-20之间无级调节，其燃烧热效率可以提高20%，燃油经济性提高35%。日产公司研发的多连杆式的可变压缩比发动机，在有效控制噪声振动基础上，也能对发动机的性能产生明显的提高。中国目前还没有成熟的实验机型，只有相关专利的积累。
[0006]但目前综合来看，各个企业生产的实验机型都存在机构过于复杂，实用性不好的等缺点，面临量产化仍然需要走很长的路。
【发明内容】
[0007]本实用新型旨在已有机构的基础上进行改进，克服现有机构存在的不足之处，实现发动机的可变压缩比的目的。
[0008]本实用新型由飞轮1、动力传输轴后端轴承2、曲轴箱3、铰接座轴承4、铰接座5、动力输出轴6、动力输出轴前端同步齿轮8、动力传输轴前端轴承9、正时齿轮10、链轮11、链轮罩12、链轮罩孔13、皮带轮14、电动机罩15、电动机16、电动机输出轴17、蜗杆铰接座18、蜗轮19、蜗杆20、蜗杆轴承21、齿轮轴前端轴承22、齿轮轴23、曲轴前端同步齿轮24、曲轴支承座26、曲轴支承横梁销27、齿条28、升降控制齿轮30、齿轮轴后端轴承31、曲轴后端同步齿轮32、动力传输轴后端同步齿轮33油底壳34、汽缸体35、支承盖39、活塞上止点位置传感器47、转速传感器48、活塞上止点位置传感器47组成，其中曲轴箱3为龙门式结构，其内部动力输出轴6 —侧固接有铰接座5，齿轮轴23位于动力输出轴6另一侧，齿轮轴23由曲轴箱3前后端的前端轴承22和后端轴承31支承；活塞上止点位置传感器47固接于曲轴箱3外侧；曲轴箱3由油底壳34封闭；动力输出轴6后端固连有飞轮I和动力传输轴后端同步齿轮33，动力输出轴6前端安装有皮带轮14、链轮11、正时齿轮10、动力输出轴前端同步齿轮8，正时齿轮10和链轮11外侧设有链轮罩12 ;动力输出轴6与曲轴支承横梁孔7过渡配合，动力输出轴6与n+1个和曲轴箱(3)中曲轴支承横梁25相同的曲轴支承横梁铰接；动力输出轴6由曲轴箱3如后端的动力传输轴后端轴承2和动力传输轴如端轴承9支承；蜗轮19固接于齿轮轴23前端，蜗杆20经电动机输出轴17与电动机16固接，蜗轮19与蜗杆20啮合；蜗杆20由曲轴箱3外侧镶嵌于蜗杆铰接座18的蜗杆铰接座轴承21支承；电动机16、蜗轮19和蜗杆20外设有电动机罩15 ；曲轴支承横梁25左端的齿条28与升降控制齿轮30啮合；齿轮轴23中段固接有和升降控制齿轮30相同的n+1个升降控制齿轮，齿轮轴23由齿轮轴前端轴承22和齿轮轴后端轴承31支承；曲轴支承横梁25经其上的曲轴支承横梁孔7与动力输出轴6活动连接，并经铰接座5上的铰接座轴承4与曲轴箱3活动连接；曲轴支承横梁25中的曲轴支承座26与曲轴29连接，曲轴支承横梁销27与曲轴横梁销孔43过渡配合；曲轴29中段支承于和曲轴支承横梁25的曲轴支承座26相同的n+1个曲轴支承座上；固接于曲轴29前端的曲轴前端同步齿轮24和固接于动力输出轴6前端的动力输出轴前端同步齿轮8啮合，固接于曲轴29后端的曲轴后端同步齿轮32与固接于动力输出轴6后端的动力输出轴后端同步齿轮33哨合；转速传感器48位于曲轴箱内；缸压传感器49位于燃烧室上方；电子控制单元与电动机16连接，并采集活塞上止点传感器47、缸压传感器49、转速传感器48的电信号,上述的η为直列式发动机的汽缸数,其值为1-6。
[0009]所述的曲轴箱由曲轴支承横梁25、曲轴29、活塞36、活塞销37和连杆38组成，其中连杆38 —端经活塞销37与汽缸体35内的活塞36活动连接；连杆38另一端经曲轴29与曲轴支承横梁25中部活动连接。
[0010]所述的曲轴支承横梁25由曲轴支承横梁孔7、曲轴支承座26、齿条28和曲轴支承横梁销孔43组成，其中曲轴支承横梁孔7设于曲轴支承横梁25右端，齿条28设于曲轴支承横梁25左端，齿条28右侧设有曲轴支承横梁销孔43，曲轴支承座26设于曲轴支承横梁25中部。
[0011]本实用新型针对直列式发动机进行改造，在发动机上安装有活塞上止点位置传感器和齿轮齿条升降机构。在曲轴箱3内有支承曲轴的横梁，横梁的一端铰接于曲轴箱3，另一端为齿条28,与升降机构的齿轮相卩齿合,横梁上齿条28的一端有曲轴支承横梁销孔34,与曲轴支承横梁销27配合，可以使五条曲轴横梁协同运动，发动机的曲轴29安装支承在曲轴横梁上，曲轴29的回转轴线与横梁的铰接轴线相平行，电子控制单元(ECU)根据发动机运行工况与活塞止点位置信号，控制电动机驱动蜗轮蜗杆机构，进而带动升降齿轮转动，使支承曲轴29的横梁摆动，曲轴29也随之摆动，通过连杆38可以改变活塞上下止点的位置，从而改变发动机的压缩比，发动机还有与支承曲轴29的横梁铰接轴线相重合的动力输出轴6，曲轴29和动力输出轴6通过半径相同的齿轮相啮合，保证二者转速保持相同，同时在动力输出轴6前端装有正时齿轮10和皮带轮14，用以驱动配气机构以及驱动附件，动力输出轴6后端连接飞轮1，与动力传输机构连接。
[0012]活塞在上方，曲轴箱3在下方，安装皮带轮14的一侧为前端，安装飞轮I的一端为后端，曲轴29运动方向垂直的平面为水平面，曲轴29回转轴线方向为纵向。[0013]本实用新型包括发动机及发动机的汽缸体35、曲轴箱3、活塞上止点位置传感器47、曲轴支承横梁25、曲轴支承横梁销27、曲轴29、蜗轮蜗杆机构、升降齿轮轴、升降齿轮、皮带轮14、正时齿轮10、动力输出轴6、曲轴29上的同步齿轮、动力传输轴上的同步齿轮、连杆38，活塞、油底壳34，电动机16、E⑶等。
[0014]曲轴箱3采用龙门式的结构，曲轴箱3在动力传输轴的一侧有η个铰接座5，用以铰接发动机的动力传输轴。
[0015]曲轴支承横梁25采用高强度材料，一端设有动力传输轴的铰接孔，另一端为齿条28，与控制升降的齿轮相啮合，齿条28 —端设有曲轴支承横梁销孔34，用以和曲轴支承横梁销27配合。
[0016]所述的曲轴支承横梁25有多条，动力传输轴穿过曲轴支承横梁25的孔并与之形成配合，曲轴支承横梁销27与多条曲轴支承横梁25的曲轴支承横梁销孔34配合连接，从而形成刚性的曲轴支承架。
[0017]曲轴29支承在曲轴支承横梁25的曲轴支承座上，并用支承盖与螺栓做固定，曲轴29前后端均安装有同步过渡齿轮。
[0018]曲轴支承横梁25的一端的齿条28与升降控制齿轮30相啮合，动力传输轴铰接在曲轴箱3的铰接座5上，使曲轴支承横梁25与曲轴箱3铰接在一起。
[0019]曲轴29回转轴线和动力输出轴6的回转轴线平行，曲轴29可以围绕动力输出轴6的轴向上下摆动，曲轴29回转轴线和动力输出轴6回转轴线在同一水平面时即为中间位置。
[0020]动力输出轴6与曲轴29通过前后端的同步过渡齿轮啮合来传递动力，同步过渡齿轮分别安装在曲轴29和动力传输轴前后端，数量为四个，其半径相同，齿数等参数完全一致，保证动力传输轴和曲轴29转速保持一定，以使在动力传输轴上的正直齿轮和皮带轮14准确驱动发动机的配气机构的运行。
[0021]动力传输轴后端安装有飞轮1，后者与动力传输装置连接。
[0022]本实用新型采用齿轮齿条升降装置来控制曲轴支承横梁25的摆动，从而改变曲轴29的上下位置，而连杆38尺寸确定的情况下，活塞上下止点的位置可以改变。
[0023]整个升降机构包括电动机16、蜗轮蜗杆机构、齿轮轴23、升降控制齿轮30、以及与之啮合的曲轴支承横梁25的齿条28。蜗杆30与电动机输出轴17相连接，蜗杆30支承在曲轴箱3外侧的铰接座5上，蜗轮与齿轮轴23相连接，齿轮轴23支承在曲轴箱3侧面的轴承上。齿轮分布在齿轮轴23上，通过和齿条28相啮合，控制曲轴支承横梁25小角度的摆动。
[0024]蜗杆30与电动机输出轴17做刚性连接。
[0025]电动机16带有ECU，固定于曲轴箱3夕卜，外侧有电动机罩15保护。
[0026]控制升降齿轮30安装在齿轮轴23上。
[0027]齿轮和齿条28为高强度材料，保证足够的使用寿命，其轮齿的模数等均相匹配，保证正常啮合。
[0028]蜗轮蜗杆机构由带有ECU的电动机16驱动，蜗轮蜗杆的作用一方面为电动机16减速，另一方面可以提供自锁，稳态工况时保持压缩比，以节省能量。
[0029]活塞上止点传感器47位于汽缸体35上，控制单元E⑶可以采集其电子信号，控制蜗轮蜗杆机构。
[0030]转速传感器48位于曲轴箱内，采集同步齿轮的转速信号。
[0031 ] 缸压传感器49位于燃烧室内。
[0032]E⑶通过发动机运动工况的相关传感器，缸压传感器、转速传感器，以及活塞上止点位置传感器，控制电动机16正转或者反转，从而驱动蜗轮蜗杆机构，传送至齿轮齿条，使曲轴支承横梁25上下摆动，最终改变压缩比。
[0033]曲轴支承横梁25的数量由直列发动机汽缸数量决定，假设汽缸数量为n，则曲轴支承横梁25的数量为n+1，曲轴箱3内侧铰接座5的数量为n，控制齿轮的数量也随之确定。
[0034]本实用新型的有益效果是，可以与现有的绝大多数发动机技术相互兼容，对于发动机的重要传力部件未作大量改动，对于发动机上部相对复杂的结构可以保留，同时，新增加的齿轮齿条，蜗轮蜗杆等机构的生产技术也已经成熟，可以在保留发动机优良性能基础上，进一步优化，提升性能，而且便于与增压技术相互结合；本实用新型结构简单，能保留发动机原有的复杂结构，无需很大改动，即可实现压缩比可变的目的，有利于提高其动力性、经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为可变压缩比发动机的结构示意图
[0036]图2为曲轴箱侧视图
[0037]图3为曲轴支承横梁的示意图
[0038]图4为可变压缩比发动机实现的原理简图
[0039]图5为曲轴支承横梁销主视图
[0040]图6为曲轴支承横梁销侧视图
[0041]其中:1.飞轮2.动力传输轴后端轴承3.曲轴箱4.铰接座轴承5.铰接座
6.动力输出轴7.曲轴支承横梁孔8.动力输出轴前端同步齿轮9.动力传输轴前端轴承10.正时齿轮11.链轮12.链轮罩13.链轮罩孔14.皮带轮15.电动机罩16.电动机17.电动机输出轴18.蜗杆铰接座19.蜗轮20.蜗杆21.蜗杆轴承22.齿轮轴前端轴承23.齿轮轴24.曲轴前端同步齿轮25.曲轴支承横梁26.曲轴支承座27.曲轴支承横梁销28.齿条29.曲轴30.升降控制齿轮31.齿轮轴后端轴承32.曲轴后端同步齿轮33.动力传输轴后端同步齿轮34.油底壳35.汽缸体36.活塞37.活塞销38.连杆39.支承盖40.螺栓41.螺母42.垫片43.曲轴支承横梁销孔44.支承盖座孔45.曲轴支承横梁螺纹孔46.支承盖孔47.活塞上止点位置传感器48.转速传感器49.缸压传感器
【具体实施方式】
[0042]附图给出了本实用新型的实施方式，以下结合附图进行进一步描述。
[0043]曲轴箱3为龙门式结构，在曲轴箱3内动力输出轴6侧设置有铰接座5，动力输出轴6另一侧有支承齿轮轴23的前端轴承22和后端轴承31。
[0044]曲轴支承横梁25 —端有与动力输出轴6配合的曲轴支承横梁孔7，另一端有齿条28，齿条一端有曲轴支承横梁销孔43，中间部分有曲轴支承座26以及曲轴支承横梁螺纹孔45。
[0045]动力输出轴6与曲轴支承横梁孔7过渡配合，与(n+1)条曲轴支承横梁25相连接，并和曲轴箱3如后端的动力传输轴后端轴承2动力传输轴如端轴承9支承。
[0046]动力输出轴6后端装有飞轮I和动力传输轴后端同步齿轮33，动力输出轴6前端装有皮带轮14，链轮11，正时齿轮10，动力输出轴前端同步齿轮8。
[0047]在曲轴29前后端分别安装有曲轴前端同步齿轮24,曲轴后端同步齿轮32。
[0048]曲轴29支承在曲轴支承横梁25的曲轴支承座26上，并通过螺栓40与支承盖39铰链。
[0049]连杆38与曲轴29相连接。连杆38通过活塞销37与活塞36相连。
[0050]活塞36位于汽缸体35内。
[0051 ]曲轴支承横梁25有齿条28 —端有曲轴横梁销孔43，通过与曲轴支承横梁销27过渡配合,使曲轴支承横梁25协同运动。
[0052]曲轴支承横梁25通过曲轴支承横梁孔7和动力输出轴6配合，而动力输出轴6与位于曲轴箱3内侧的铰接座5上的铰接座轴承4配合，使曲轴支承横梁25铰接于曲轴箱3上。
[0053]曲轴支承横梁25 —侧的齿条28与升降控制齿轮30啮合。
[0054]升降控制齿轮30安装于齿轮轴23上，齿轮轴23由齿轮轴前端轴承22与齿轮轴后端轴承31支承。
[0055]位于曲轴29前端的曲轴`前端同步齿轮24和位于动力输出轴6前端的动力输出轴ill端冋步齿轮8 B齿合，曲轴后端冋步齿轮32与动力输出轴6后端的动力输出轴后端冋步齿轮33啮合。
[0056]蜗轮19与齿轮轴23做刚性连接，蜗杆20与电动机16的输出轴刚性连接。
[0057]蜗杆20由曲轴箱3外侧的蜗杆铰接座18的蜗杆铰接座轴承21支承，外侧有电动机罩15。
[0058]正时齿轮10和链轮11外侧有链轮罩12。
[0059]活塞上止点位置传感器47安装在曲轴箱3外侧。
[0060]转速传感器48位于曲轴箱3内侧，采集同步齿轮的转速信号。
[0061 ] 缸压传感器49位于燃烧室内。
[0062]油底壳34封闭曲轴箱3。
[0063]当发动机根据工况不同，需要改变时，E⑶采集到活塞上止点位置传感器47信号以及相应的工况信号，向电动机16传送指令,使电动机16相应正转或者反转,从而带动蜗杆20转动，而蜗轮19随之啮合转动，带动齿轮轴23转动，升降控制齿轮30也随之转动，与之啮合的齿条28相应上下摆动，造成曲轴支承横梁25绕动力输出轴6做小角度摆动，曲轴29上下位置可以改变，在连杆38长度不变情况下，可以改变活塞36上止点位置。利用蜗轮蜗杆机构的自锁功能，可以保持压缩比，直到需要再次改变。曲轴29通过前后端的同步齿轮与动力输出轴6同步齿轮啮合，可以达到转速一定。
【权利要求】
1.一种可变压缩比发动机，其特征在于由飞轮(I)、动力传输轴后端轴承(2)、曲轴箱(3)、铰接座轴承(4)、铰接座(5)、动力输出轴(6)、动力输出轴前端同步齿轮(8)、动力传输轴前端轴承(9)、正时齿轮(10)、链轮(11)、链轮罩(12)、链轮罩孔(13)、皮带轮(14)、电动机罩(15)、电动机(16)、电动机输出轴(17)、蜗杆铰接座(18)、蜗轮(19)、蜗杆(20)、蜗杆轴承(21)、齿轮轴前端轴承(22)、齿轮轴(23)、曲轴前端同步齿轮(24)、曲轴支承座(26)、曲轴支承横梁销(27)、齿条(28)、升降控制齿轮(30)、齿轮轴后端轴承(31)、曲轴后端同步齿轮(32)、动力传输轴后端同步齿轮(33)油底壳(34)、汽缸体(35)、支承盖(39)、活塞上止点位置传感器(47)、转速传感器(48)、活塞上止点位置传感器(47)组成，其中曲轴箱(3)为龙门式结构，其内部动力输出轴(6) —侧固接有铰接座(5)，齿轮轴(23)位于动力输出轴(6)另一侧，齿轮轴(23)由曲轴箱(3)前后端的前端轴承(22)和后端轴承(31)支承；活塞上止点位置传感器(47)固接于曲轴箱(3)外侧；曲轴箱(3)由油底壳(34)封闭；动力输出轴(6)后端固连有飞轮(I)和动力传输轴后端同步齿轮(33)，动力输出轴(6)前端安装有皮带轮(14)、链轮(11)、正时齿轮(10)、动力输出轴前端同步齿轮(8)，正时齿轮(10)和链轮(11)外侧设有链轮罩(12);动力输出轴(6)与曲轴支承横梁孔(7)过渡配合，动力输出轴(6)与n+1个和曲轴箱(3)中曲轴支承横梁(25)相同的曲轴支承横梁铰接；动力输出轴(6)由曲轴箱(3)前后端的动力传输轴后端轴承(2)和动力传输轴前端轴承(9)支承；蜗轮(19)固接于齿轮轴(23)前端，蜗杆(20)经电动机输出轴(17)与电动机(16)固接，蜗轮(19)与蜗杆(20)啮合；蜗杆(20)由曲轴箱(3)外侧镶嵌于蜗杆铰接座(18)的蜗杆铰接座轴承(21)支承；电动机(16)、蜗轮(19)和蜗杆(20)外设有电动机罩(15);曲轴支承横梁(25)左端的齿条(28)与升降控制齿轮(30)啮合；齿轮轴(23)中段固接有和升降控制齿轮(30)相同的n+1个升降控制齿轮,齿轮轴(23)由齿轮轴前端轴承(22)和齿轮轴后端轴承(31)支承；曲轴支承横梁(25)经其上的曲轴支承横梁孔(7)与动力输出轴(6)活动连接，并经铰接座(5)上的铰接座轴承(4)与曲轴箱(3)活动连接；曲轴支承横梁(25)中的曲轴支承座(26)与曲轴(29)连接，曲轴支承横梁销(27)与曲轴横梁销孔(43)过渡配合；曲轴(29)中段支承于和曲轴支承横梁(25)的曲轴支承座(26)相同的n+1个曲轴支承座上；固接于曲轴(29)前端的曲轴前端同步齿轮(24)和固接于动力输出轴(6)前端的动力输出轴前端同步齿轮(8)啮合，固接于曲轴(29)后端的曲轴后端同步齿轮(32)与固接于动力输出轴(6)后端的动力输出轴后端同步齿轮(33)哨合；转速传感器(48)位于曲轴箱内；缸压传感器(49)位于燃烧室上方；电子控制单元与电动机(16)连接，并采集活塞上止点传感器(47)、缸压传感器(49)、转速传感器(48)的电信号，上述的η为直列式发动机的汽缸数，其值为1-6。
2.按权利要求1所述的可变压缩比发动机，其特征在于所述的曲轴箱(3)由曲轴支承横梁(25)、曲轴(29)、活塞(36)、活塞销(37)和连杆(38)组成，其中连杆(38) 一端经活塞销(37)与汽缸体(35)内的活塞(36)活动连接；连杆(38)另一端经曲轴(29)与曲轴支承横梁(25)中部活动连接。
3.按权利要求2所述的可变压缩比发动机，其特征在于所述的曲轴支承横梁(25)由曲轴支承横梁孔(7)、曲轴支承座(26)、齿条(28)和曲轴支承横梁销孔(43)组成，其中曲轴支承横梁孔(7)设于曲轴支承横梁(25)右端，齿条(28)设于曲轴支承横梁(25)左端，齿条(28)右侧设有曲轴支承横梁销孔(43)，曲轴支承座(26)设于曲轴支承横梁(25)中部。
【文档编号】F02B61/06GK203584575SQ201320787029
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】刘鑫龙, 洪伟, 解方喜, 苏岩, 许允, 李小平, 丁明峰, 钟兵, 陈丽丽, 赵一 申请人:吉林大学